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Concept
Décomposition en éléments simples
Résumé
En mathématiques, la décomposition en éléments simples d'une fraction rationnelle (parfois appelée décomposition en fractions partielles) est son expression comme somme d'un polynôme et de fractions J/H où H est un polynôme irréductible et J un polynôme de degré strictement inférieur à celui de H. Cette décomposition est utilisée dans le calcul intégral pour faciliter la recherche des primitives de la fonction rationnelle associée. Elle est aussi utilisée pour calculer des transformées de Laplace inverses.
Déterminer quels polynômes sont irréductibles dépend du corps de scalaires utilisé. Ainsi, si les nombres complexes sont utilisés, seuls les polynômes de premier degré seront irréductibles. Si l'on se limite aux nombres réels, les polynômes irréductibles seront de degré 1 ou 2. Si l'on se limite aux nombres rationnels, on pourra trouver des polynômes irréductibles de degré arbitraire ; il en va de même sur les corps finis.
Une démonstration de ce théorème sera présentée plus bas. À noter que pour le corps des réels ou des complexes, il existe d'autres types de démonstrations. Certaines s’appuient par exemple sur l'analyse (via les formules de Taylor) ou l'algèbre linéaire. On pourra par exemple consulter les liens externes proposés plus bas.
Remarquons que d'après l'unicité, si les facteurs irréductibles H de Q sont encore irréductibles sur un surcorps L de K, alors la décomposition de F sur L est la même que sur K ; typiquement : si F est à coefficients réels et de dénominateur scindé sur R, alors ses décompositions sur R et sur C sont identiques.
Quand K = C, chaque polynôme irréductible H est de degré 1 (théorème fondamental de l'algèbre) et les numérateurs J des éléments simples J/H sont donc constants. Le théorème général ci-dessus se réécrit donc dans ce cas :
(On dit que z est un pôle d'ordre n de la fraction F si z est une racine d'ordre n de son dénominateur Q, dans une écriture F = P/Q sous forme « irréductible » c'est-à-dire simplifiée au maximum : avec P et Q premiers entre eux.
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